Устройство для автоматического выбора экспозиции в эндоскопии Советский патент 1992 года по МПК A61B1/04 

2

7

т-г.. -nwj. jfr

г

XI

СА)

Изобретение относится к медицинскому приборостроению и позволяет повысить качество изображения. Сигнал с матричного фотоприемника 1 через логарифмический усилитель 7 поступает на вычислительное устройство 4. Через коммутатор 2 многоразрядный выход блока 1 связан с входом блока 3 анализа и оценки данных, куда поступает сигнал центрального фотоприемника с выхода блока 7. Сигналы с выхода блока 3 поступают на входы блока 4 и на вход блока 6 управления затвором. Выходной сигнал с вычислительного устройства через блок 5 ввода чувствительности пленки поступает на другой вход блока 6. 8 ил.

Б

4

СЛ О

Фиг

Изобретение относится к медицинскому приборостроению, в частности к эндоскопическим устройствам для регистрации и документирования эндоскопических объектов, и может быть использовано во всех случаях клинической и научной практики для получения цветных изображений эндоскопических объектов с высокой верностью цветовоспроизведения.

Целью изобретения является повыше- ние качества изображения за счет повышения верности цветовоспроизведения.

На фиг. 1 дана функциональная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - принципиальная схема устройства; на фиг. 3схема расположения фотоприемников в матрице; на фиг. 4 - принципиальная схема ООС; на фиг. 5 - принципиальная схема блока управления затвором; на фиг. 6 - эпюры напряжений: а) формирователя управля- ющего импульса, б) блока управления затвором; на фиг. 7 - характеристическая кривая цветной обращаемой фотопленки; на фиг. 8 - график зависимости ошибки экспозиции от числа фотоприемников.

Устройство содержит последовательно соединенные матричный фотоприемник 1, коммутатор 2, блок 3 анализа и оценки данных, вычислительное устройство 4 (по второму входу), блок 5 ввода чуствительности пленки и блок 6 управления затвором. Второй выход матричного фотоприемника 1 соединен с входом логарифмического усилителя 7, выход которого соединен с первым входом вычислительного устройства 4 и вторым входом блока 3 анализа и оценки данных. Второй выход блока 3 соединен с вторым входом блока 6, третий выход - с вторым входом коммутатора 2, а четвертый - с третьим входом вычислительного уст- ройства 4 (см. фиг. 1).

Матричный фотоприемник 1 предназначен для преобразования яркостных характеристик различных устройств объекта в электрический сигнал. Он содержит N фотоприемников 8 (периферийных) и центральный фотоприемник 9. В данном случае необходимая точность обработки экспозиции обеспечивается разделением всего эндоскопического участка на 17 све- топриемных зон, яркостные характеристики с каждой из которых поступают на свой периферийный фотоприемник 8 или центральный фотоприемник 9 (см. фиг. 2 и 3). Выходы периферийных фотоприемников 8 образуют многоразрядный выход матричного фотоприемника 1, связанный с коммутатором 2, а выход центрального фотоприемника 9 матричного фотоприемника 1 является его первым выходом, связанным

с входом логарифмического усилителя 7. Количество фотоприемников (N) в матричном фотоприемнике 1 является функцией такого параметра, как минимальный размер участков, входящих в светоприемные зоны, экспозицию которых необходимо учитывать для обеспечения требуемой точности воспроизведения изображения. Количество таких участков(п)зависит от характера и типа объекта. Количество фотоприемников (N) следует выбирать также с учетом ширины интервала экспозиций фотопленки, который накладывает ограничения на допустимое отклонение в дозировании экспозиции. Также необходимо учитывать такой вероятностный параметр, как число участков из числа тех, экспозицию которых необходимо учитывать, попадающих на центральный (приоритетный в эндоскопии) участок С.

Можно доказать, что зависимость между числом фотоприемников N и ошибкой отработки экспозиции ((ош), а также параметром С может быть приближенно выражена формулой

N Шп/тсО/Ю -К),

0)

где К Вмин/ВМакс - отношение минимальной и максимальной яркостей объекта;

тс и mn - математическое ожидание С и п соответственно.

Если проанализировать зависимость числа фотоприемников N в матричном фотоприемнике 1 от ошибки отработки экспозиции Још, рассчитанной по формуле (1) и изображенной на фиг. 8, можно сделать вывод: число фотоприемников 8 для допустимой ошибки экспозиции цветной обратимой пленки (,3 лог. ед. должно быть N 12. В предложенном устройстве , что принято с учетом разброса параметров С ( для эндоскопических объектов), причем шесть периферийных фотоприемников 8 расположены в непосредственной близости к центральному (приоритетному) фотоприемнику 9, а остальные десять периферийных фотоприемников 8 расположены равномерно по краю поля зрения эндоскопического объекта. Последовательность включения выходов периферийных фотоприемников 8 в многоразрядный выход матричного фотоприемника 1 показана на фиг. 3 пунктирной линией, начиная от фотоприемника 8 к фотоприемнику 8П.

Конструктивно матричный фотоприемник 1 может быть выполнен на кремниевых фотодиодах типа ФД-27К, размещенных согласно фиг. 3 на общей полупрозрачной подложке, в качестве которой может быть

использована одна из поверхностей пен- тапркзмы зеркальной фотокамеры, используемой обычно в эндоскопии.

Коммутатор 2 предназначен для последовательной коммутации периферийных фотоприемников 8 на вход блока 3 анализа и оценки данных с целью сравнения яркост- ных характеристик периферийных участков эндоскопического объекта с центральным и остановки коммутации в момент, когда раз- ница сигналов с очередного опрашиваемого периферийного фотоприемника 8 и центрального фотоприемника 9 сравняется с заданной величиной Взад. Величина В3ад и критерий ее определения заложены в блок 3.

Коммутатор 2 может быть выполнен, например, на двух микросхемах типа аналоговый коммутатор К590КН1, управляемых двоичным счетчиком типа К176ИЕ1 и тран- зистором Т1, связанных, как показано на фиг. 2. При этом информационные входы А1-А8 аналоговых коммутаторов составляют многоразрядный вход коммутатора 2, их объединенные выходы - выход коммутатора

2,а счетный вход двоичного счетчика К176ИЕ1 является управляющим вторым входом коммутатора 2.

Блок 3 анализа и оценки данных служит для сравнения яркостей очередной перифе- рийной и центральной светоприемных зон, вычисления интервала яркостей между центральной и периферийной зонами эндоскопического объекта (Ki logBi/Bj), сравнения этого интервала с интервалом экспозиции цветной обращаемой фотопленки (), дискретного вычисления разности (КН-пл), определяющей заданное значение В;, синхронизации работы блоков устройства, а также вычисления числа дискретов разно- сти (Kj-l-пл), где Bi - яркость центрального участка эндоскопического объекта; В| - яркость периферийных участков.

Блок 3 анализа и оценки данных содержит (фиг. 2) последовательно соединенные логарифмический усилитель 10, операционный усилитель 11, охваченный отрицательной обратной связью (ООС) 12, компаратор 13, формирователь 14 управляющих импульсов, генератор 15 импульсов, делитель 16 частоты и счетчик 17, многоразрядный выход которого связан с ООС 12.

Логарифмический усилитель 10 служит для уменьшения диапазона изменения напряжений, снимаемых с периферийных фо- топриемников 8. Вход логарифмического усилителя 10 является первым входом блока

Операционный усилитель 11, охваченный ООС 12, служит для сравнения диапазона яркостей (К|) с интервалом экспозиций цветной обращаемой пленки (), дискретного вычисления разности () и может быть выполнен, например, на операционном усилителе К140УД12 и резисторах R8, R9, связанных, как показано на фиг. 2, причем неинвертирующий вход усилителя 11 является вторым входом блока 3.

ООС 12, соединяющая выход операционного усилителя 11 с ее инвертирующим входом, может быть выполнена, например, на двух аналоговых коммутаторах К590КН1, резисторах R1-R18 и транзисторе Т1, связанных, как показано на фиг. 4, причем входы управления С1, С2, СЗ и V аналоговых коммутаторов образуют многоразрядный вход управления ООС 12.

Компаратор 13 служит для формирования фронта импульса с выхода операционного усилителя 11, а также для ввода в устройство интервала экспозиции фотопленки L и может быть выполнен, например, на микросхеме 140УД12 с потенциометром L на инвертирующем входе. Вход потенциометра L образует вход компаратора 13, а выход микросхемы 140УД12 - выход компаратора 13 и первый выход блока 3.

Формирователь 14 управляющих импульсов служит для формирования импульсов исходного состояния и остановки генерации в соответствии с эпюрами напряжений, изображаемыми на фиг. 6, и может быть выполнен, например, на микросхемах типа К176ЛП2 и К176ЛЕ5, из которых используется одна или две ячейки, соответственно резисторах R12, R13, конденсаторах С2, СЗ, связаннных, как показано на фиг. 2. Выход 1 микросхемы К176ЛП2 является входом формирователя 14, а выходы 3,4 микросхемы К176ЛЕ5 являются его выходами, причем выход 4 микросхемы образует второй выход блока 3.

Генератор 15 служит для синхронизации работы коммутатора 2, вычислительного устройства 4 и узлов блока 3 анализа и оценки данных. Генератор 15 вырабатывает прямоугольные импульсы с частотой Гц. Он может быть выполнен, например, на двух ячейках микросхемы К176ЛЕ5, конденсаторе С4, резисторе R14, связанных, как показано на фиг. 2. Вход 9 микросхемы является входом генератора 15, а выход 11 - выходом генератора и одновременно выходом (третьим) блока 3.

Делитель 16 частоты служит для формирования сигналов, управляющих работой ООС 12 и 18, путем деления частоты fi на 16 и на 8, в результате чего на выходах делителя 16 образуются прямоугольные импульсы с частотой и Гц. Делитель 16 может быть выполнен, например, на микро- схеме типа пятнадцатиразрядный счетчик К176ИЕ1, конденсаторе С5, резисторе R15, связанных, как показано на фиг. 2. Счетный вход счетчика является входом делителя 16, выход 16 счетчика - первым выходом, а вы- ход 8 - вторым выходом делителя 16 частоты, из которых последний образует четвертый выход блока 3.

Счетчик 17 служит для создания двоичного четырехразрядного кода, необходимо- го для управления ООС 12, и может быть выполнен, например, на микросхеме типа К176ИЕ1, резисторе R16, конденсаторе С6, связанных, как показано на фиг. 2. Счетный вход микросхемы является входом счетчика 17, а выходы 1,2,4, 8 микросхемы образуют многоразрядный выход счетчика 17.

Вычислительное устройство 4 служит для коррекции экспозиции центрального участка эндоскопического объекта с целью ее расположения на линейном участке характеристической кривой пленки (см. фиг. 7) и содержит операционный усилитель 19, охваченный ООС 18, которой управляет счетчик 20 (см. фиг. 2).

Операционный усилитель 19 представляет собой неинвертирук щий усилитель с коэффициентом усиления Kyci 1+Ri/Ro, где RI - резисторы Rt-Ri6 аналоговых коммутаторов ООС 18 (см. фиг. 4). Операционный усилитель 19 может быть выполнен, например, на дифференциальном усилителе типа К140УД12, неинвертирующий вход которого является первым входом вычислительного устройства 4, а выход образует выход устройства 4. ООС 18 может быть выполнена аналогично ООС 12, а счетчик 20 - на микросхеме типа К561ИЕ11, резисторах R18 и R19, конденсаторе С7, связанных, как показано на фиг. 2, причем вход 10 счетчика 20 является вторым входом вычислительного устройства 4, а счетный вход счетчика 20 - третьим входом устройства 4.

Блок 5 ввода чувствительности пленки служит для коррекции экспозиции эндоско- пического объекта в зависимости от чувствительности используемой фотопленки и содержит операционный усилитель 21 типа К140УД12, потенциометр S и резисторы R-I- Ra, связанные, как показано на фиг. 2, причем вход резистора RI образует вход блока 5, а выход операционного усилителя 21 образует его выход.

Блок 6 управления затвором служит для хранения информации (запоминания) на входе блока на время поднятия зеркала в зеркальных камерах, используемых в эндоскопии, преобразования напряжения на входе блока в длительность импульсов (1эфф), а также управления электромагнитами первой и второй штор затвора (для шторных затворов) или ламелей (для ламельных затворов). Блок 6 (см. фиг. 5) содержит последовательно соединенные операционный усилитель 22 типа К1112ПП4, генератор 23 на микросхеме К176ЛЕ5 (Д1.1, Д1.2), счетчик 24 типа К176ИЕ1, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 25 на микросхеме К572ПА1, операционный усилитель 26 типа К1112ПП4, компаратор 27 типа К1112ПП4, электромагнит 28 второй шторы затвора, триггер Шмитта 29 на микросхеме К155ТЛЗ, генератор 30 на микросхеме типа К176ЛЕ5 (Д1.3, Д1.4), логические элементы 31 на микросхеме типа К176ЛА7 (Д2.1, Д2.2), импульсный магнит 32, а также транзисторы Т1-Т4, конденсаторы С1-С7, резисторы R1-R13, ключ К1, соединенные, как показано на фиг. 5.

Инвертирующий вход операционного усилителя 22 образует первый вход блока 6. Операционный усилитель 22, генератор 23, счетчик 24, триггер Шмитта 29, генератор 30, логические элементы 31 (Д2.1, Д2.2), а также связанные с ними, как показано на фиг. 5, резисторы R1-R13 и конденсаторы С1-С5 служат для преобразования напряжения, поступающего на инвертирующий вход операционного усилителя 22, в цифровой двоичный код, а также для его хранения (запоминания) на время поднятия зеркала в зеркальной камере. Объединенные входы 2 и 5 логических элементов 31 (Д2.1, Д2.2) образуют второй вход блока 6 (см. эпюры напряжений на фиг. 6). ЦАП 25 и операционный усилитель 26 служат для преобразования двоичного кода на входе ЦАП 25 в напряжение на входе операционного усилителя 26. Компаратор 27, резисторы R9-R11, конденсаторы С6, С7, ключ К1, транзистор ТЗ служат для преобразования напряжения на неинвертирующем входе компаратора 27 в длительность импульса, который образуется в виде ступеньки напряжения на входе электромагнита 28 второй шторы затвора. Логический элемент 31 (Д2.2), импульсный магнит 32, резисторы R12, R13, конденсатор С5, транзистор Т4 служат для управления работой первой шторы затвора.

Логарифмический усилитель 7 предназначен для уменьшения диапазона изменения напряжений, снимаемых с центрального фотоприемника 9, и выполнен аналогично логарифмическому усилителю 10.

Устройство работает следующим образом.

Перед началом работы устройства выполняют следующие действия: вводят эндоскоп в полость организма, задают необходимое освещение объекта с помощью осветителя, с помощью органов управления эндоскопом подводят его конец к объекту исследования, задают необходимые параметры работы устройства, устанавливая движки потенциометров L и S в положения, соответствующие типу используемой фотопленки, взводят затвор фотокамеры и включают питание устройства, подав напряжение +5 В на все блоки устройства.

При этом устройство приводится в исходное состояние: все счетчики устанавливаются в нулевое состояние (обнуляются) путем подачи на соответствующие их входы импульса положительной полярности, сформированного RC цепочками, установленными на этих входах. Транзистор Т1 коммутатора 2 закрыт, на входе V микросхемы Д1 коммутатора 2 образуется высокий потенциал, разрешающий работу, а на выходе V микросхемы Д2 коммутатора 2 - низкий потенциал, запрещающий работу микросхемы Д2.

На выходах счетчика К176ИЕ1 коммутатора 2 в исходном состоянии формируется код 0000, что соответствует подключению к выходу коммутатора 2 периферийного фотоприемника 8 .

Аналогично приводятся в неходкое состояние коммутаторы ООС 12 и 18. В исходном состоянии к операционному усилителю 11 подключается резистор R1, обеспечивая формирование на выходе операционного усилителя 11 напряжения, соответствующего диапазону яркостей между центральным 9 и периферийным 8, фотоприемниками при коэффициенте усиления, соответствующем сопротивлению резистора R1 ООС 12. В зависимости от величины напряжения на выходе операционного усилителя 11 и положения движка потенциометра L формируется высокий или низкий исходный уровень напряжения на выходе компаратора 13, а именно: перепаду яркостей между центральным и периферийным участками объекта Bi B i соответствует низкий уровень напряжения на выходе компаратора 13, а перепаду яркостей Bi B j - высокий уровень напряжения. В зависимости от этого

уровня счетчик 20 вычислительного устройства 4 обеспечивает подключение в исходный момент к его операционному усилителю 19 резистора R1 или R16 ООС 18 соответственно (см. фиг. 4).

Микросхема К176ЛЕ5 формирователя 14 управляющих импульсов блок 3 анализа и оценки данных, представляющая собой RS-триггер, приводится в исходное состояние подачей положительного импульса на входе 6 с помощью цепочки R13, СЗ (см. фиг. 2). При этом на выходе 3 этой микросхемы образуется низкий потенциал, разрешающий работу генератору 15, который начинает вырабатывать прямоугольные импульсы с частотой 512 Гц, а на выходе 4 - высокий потенциал, поступающий в блок 6 на входы 2 и 5 логического элемента 31 (см. фиг. 5), по которому в исходном состоянии на выходе 3

логического элемента 31 образуется напряжение с частотой 50 Гц (см. эпюры напряжений фиг. 6, б, т. 1), поступающие с выхода генератора 30.

Исходное состояние основных узлов

блока б, соответствующее моменту времени t0, показано на фиг. 6, б. При этом ключ К1, связанный с механизмом подъема зеркала, замкнут. На выходе компаратора 27 присутствует высокий потенциал, который через

транзисторный ключ ТЗ воздействует на электромагнит 28, который до момента времени, определяемого цепочкой С6, R9, управляемого ключом К1, а также величиной напряжения Unop, снимаемого с движка потенциометра R10 (см. фиг. 5), удерживает вторую штору затвора в исходном состоянии.

На выходе 4 логического элемента 31 присутствует низкий потенциал, который

удерживает транзисторный ключ Т4 в замкнутом состоянии (магнит 32 обесточен), при этом конденсатор С5 заряжен через резистор R13 до напряжения питания 11Пит 5 В. Устройство имеет два режима работы:

ИЗМЕРЕНИЕ и СПУСК.

В режиме ИЗМЕРЕНИЕ устройство осуществляет измерение освещенности зон объекта и вычисление напряжения (Уэксп), пропорционального эффективной выдержке тэфф (автомат по выдержке), которая определяется из экспонометрической формулы

К

.,

Вер О

(2)

где т - экспонометрическая постоянная; К - диафрагменное число; Вер - средняя яркость объекта; S - чувствительность пленки.

В режиме СПУСК обеспечивается запоминание напряжения экспозиции (иЭксп$ на время поднятия зеркала в зеркальных камерах, используемых в эндоскопии, равное времени выдержки (гэфф), срабатывание затвора камеры в соответствии с выходными параметрами предыдущего режима: сначала срабатывает первая штора, которой управляет импульсный магнит 32, а затем через время 1эфф - электромагнит 28 второй шторы, завершая экспозицию.

В режиме ИЗМЕРЕНИЕ устройство работает следующим образом.

С центрального фотоприемника 9 сигнал яркости (В) центрального участка эндо- скопического объекта поступает через логарифмический усилитель 7 на неинвертирующий вход операционного усилителя 19 вычислительного устройства 4, на выходе которого в соответствии с заложенными па- раметрами образуется напряжение UBbix KyCilogBi.

Это напряжение пропорционально яркости Вт центрального участка обьекта, причем диапазон изменения коэффициента усиления Kyci операционного усилителя 19 задан с помощью резисторов Rj (Ri-Rie) и RO ООС 18 так, чтобы напряжение на выходе операционного усилителя 19 соответствовало экспозициям на характеристической кри- вой пленки от точки а до точки в (см. фиг. 7). Величина RI имеет минимальное значение, а величина Rie - максимальное. ООС 18 управляет реверсивный счетчик 20 с установкой кода, равного 1000 на его входах Д1-Д4, которому соответствует напряжение на выходе операционного усилителя 19, при котором экспозиция центрального участка объекта расположена в точке б (центр) характеристической кривой (см. фиг. 7), а ис- ходное состояние коэффициента усиления Ki операционного усилителя 19 зависит от величины потенциала на входе 10 счетчика 20, который зависит от величины потенциала на выходе компаратора 13. Так как в исходном состоянии на выходе последнего может присутствовать высокий или низкий потенциал в зависимости от перепада яркостей между центральным 9 и периферийным 8 фотоприемниками объекта (Bi и BI), если Bi В , то высокий потенциал, если Bi B i, то низкий потенциал, выходной код счетчика 20 при его работе может меняться либо от 0000 до 1000, либо от 1111 до 1000. При этом счетчик 20 с частотой 64 Гц, определя- емой генератором 15 и делителем 16, начинает считать, как указано, от 0000 до 1000 или от 1111 до 1000 соответственно. Выходному коду счетчика 20 0000 соответствует подключение резистора RI ООС 18, коду

1111 - подключение резистора Rie, коду 1000 - подключение резистора RQ или Rg соответственно подключенному резистору RI или Rie, чем задается направление счета. Поскольку резисторы определяют коэффициент усиления операционного усилителя 19, его выходное напряжение изменяется в соответствии с выходным кодом счетчика 20, осуществляющим подключение очередного резистора RI, причем при счете от 0000 до 1000 напряжение экспозиции на выходе операционного усилителя 19 дискретно изменяется от точки в до точки б, априсчетеот1111 до 1000-в диапазоне от точки а до точки б (см. фиг. 7), в соответствии с формулами

иэскп ив- ДКвых Пх, при Вт В |,(4)

иэксп иа-АиВых Пх. при Bi , (5) где Кэксп - напряжение на выходе операционного усилителя 19;

Ua, UB - напряжения на выходе операционного усилителя 19, соответствующие экспозициям центрального участка объекта в точках айв соответственно на характеристической кривой (см. фиг. 7);

дУвых - приращение напряжения на выходе операционного усилителя 19 при каждом переключении резисторов RI аналоговых коммутаторов ООС 18;

пх - количество дискретов, соответствующее выходному коду счетчика 20, заложенное в ООС 18(пМакс 7).

А ивых соответствует изменению экспозиции на выходе операционного усилителя 19 на величину (2пМакс+1)2.0 лог. ед./15, где - интервал экспозиции цветной обращаемой пленки.

В данном варианте выполнения устройства пх в реверсивном счетчике 20 изменяется от 0 до 7, что соответствует интервалу счета от 0000 (1111) до 1000.

С выхода вычислительного устройства 4 напряжение 1)эксп поступает на вход блока 5, где складывается с заданным напряжением, определяющим необходимое время выдержки для используемой пленки

UsKcnrUaKcn+Us,(6)

Us - напряжение, снимаемое с потенциометра S блока 5 ввода чувствительности пленки (заданное напряжение).

Напряжение Us изменяется по линейному закону, учитывает данные о чувствительности различных типов пленок и задается потенциометром S блока 5.

Напряжение экспозиции иэксп с выхода блока 5 поступает на инвертирующий вход операционного усилителя 22 блока 6, который вместе с генераторами 23 и 30, счетчиком 24, триггером Шмитта 29 и логическим

элементом 31 преобразует напряжение иэкспЈ в цифровой код на выходе счетчика 24 (см. эпюры напряжений на фиг. 6, б в характерных точках 1-6). Поскольку напряжение йэксп. изменяется дискретно с час- тотой, определяемой генератором 15 и делителем 16(512:8 64 Гц), изменение двоичного кода на выходе счетчика 24 также происходит дискретно с частотой, определяемой генератором 30 (см. фиг. 6, б, т. 3). С выходов счетчика 24 шестиразрядный цифровой код, соответствующий напряжению экспозиции КэкспЈ , поступает на ЦАП 25 (микросхему К572ПА1) и операционный усилитель 26, на выходе которого вырабатыва- ется аналоговый сигнал в виде напряжения, изменяющегося с частотой работы генератора 30 (50 Гц). С выхода операционного усилителя 26 дискретно изменяющееся напряжение, пропорциональное LUiccnj. посту- пает на неинвертирующий вход компаратора 27 через потенциометр R10. Поскольку ключ К1, механически связанный с механизмом подъема зеркала, замкнут, на выходе компаратора 27 независимо от на- пряжения на его неинвертирующем входе присутствует высокий потенциал, который, воздействуя на транзисторный ключ ТЗ, как и в исходном состоянии, удерживает электромагнит 28 второй шторы в рабочем состо- янии, т.е. вторая штора затвора приведена в готовность к отработке экспозиции.

Поскольку состояние второго входа блока 6 управления затвором по сравнению с исходным состоянием не изменяется, его первая штора также находится в состоянии ожидания (магнит 32 обесточен). В этом состоянии блок 6 находится до тех пор, пока на его второй вход не поступит низкий потенциал с второго выхода блока 3.

Сигналы яркости с периферийных приемников 8 при включении устройства поступают на инвертирующий вход операционного усилителя 11 черезлога- рифмический усилитель 10, на неинвертиру- ющем входе которого присутствует сигнал яркости с центрального фотоприемника 9, поступивший сюда через логарифмический усилитель 7. Операционный усилитель 11 осуществляет вычитание этих сигналов (log Bi и log Bj) и усиление их разности с коэффициентом усиления, задаваемым подключенным в ООС 12 резистором RI, определяемым по формуле

Kyc Ri/Ro,(7)

где RI - резисторы Ri-Rie аналоговых коммутаторов ООС 12 (см. фиг. 4);

Bi, Bi- яркости центральной и периферийной зон объекта (см. фиг. 3) соответственно.

На выходе операционного усилителя 11 образуется напряжение

UBbix Kvyci-alogBi/Bi,(8)

где а- коэффициент пропорциональности, связывающий диапазон яркостей объекта и напряжение на выходе операционного усилителя 11, задаваемый параметрами логарифмического усилителя 10 (имеет размерность В/лог. ед.).

Это напряжение поступает на вход компаратора 13 через потенциометр L, а также через ООС 12 по линии обратной связи формирует коэффициент усиления операционного усилителя 11 в зависимости от подключенного резистора RI.

В начальный момент при включении устройства на инвертирующий вход операционного усилителя 11 поступает сигнал яркости с периферийного фотоприемника 8. Через промежуток времени , где fi - частота генератора 15, по сигналам с выхода последнего счетчик ДЗ и транзистор Т1 коммутатора 2 переключает его информационные входы от первого периферийного фотоприемника 8 к следующему в последовательности, соответствующей схеме подключения по фиг. 3, в результате чего через время /ft на инвертирующий вход операционного усилителя 11 поступает сигнал с фотоприемника 8, и так далее до периферийного фотоприемника 8П.

Поскольку частота переключения периферийных фотоприемников 8, определяемая генератором 15, в 16 раз больше частоты переключения резисторов Ri-Rie аналогового коммутатора ООС 12, определяемой делителем 16, при каждом коэффициенте усиления К ус.- операционного усилителя 11 к его инвертирующему входу поочередно подключаются сигналы всех 16-ти периферийных фотоприемников 8, причем коэффициент усиления K yci операционного усилителя 11 изменяется от мини- мального значения до максимального дискретно, а его значение определяется формулой (7). Таким образом, на выходе операционного усилителя 11 формируется по формуле (8) дискретно изменяющееся напряжение, пропорциональное интервалу яркостей между центральным и текущим участками объекта с дискретно возрастающим коэффициентом K yci пропорциональности, поступающее на вход потенциометра L ввода диапазона экспозиции фотопленки, с выхода которого скорректированное по уровню это напряжение поступает на инвертирующий вход компаратора 13. Уровень напряжения с выхода операционного усилителя 11 согласуется с опорным напряжением Uon компаратора 13с помощью потенциометра L, положение движка которого задается в соответствии с параметрами используемой фотопленки. Срабатывание компаратора 13 обеспечивается при уело- вии, когда диапазон яркостей между центральным и периферийным участками объекта больше или равен интервалу экспозиции фотопленки , т. е.:

(logBi/B iH ™/n x+1.(9)

где п х - число дискретов счетчика 17 (п х меняется от 0 до 15), при котором напряжение на входе компаратора 13 становится равным или больше Don. В рассматриваемом варианте выполнения устройства вели- чина опорного напряжения, при котором срабатывает компаратор 13, составляет половину напряжения питания, т.е. ,5 В. Таким образом, при подключении периферийных фотоприемников 8 к выходу комму- татора 2 компаратор 13 находится до тех пор в состоянии ожидания, пока не будет выполнено условие (9), осуществляя при каждом подключении очередного периферийного фотоприемника 8 к выходу комму- татора 2 сравнение заданного диапазона яркостей между BI и Bi с интервалом экспозиции фотопленки .

Указанное условие срабатывания компаратора 13 определено из следую- щих соображений. Учитывая формулу (8), напряжение на инвертирующем входе компаратора 13, достаточное для его срабатывания, определяют по формуле

U0n KL-K yci CMogBi/Bi,(10)

где KL - коэффициент передачи потенциометра ввода L.

Работой ООС 12 управляет счетчик 17, цифровой код на выходе которого изменяется с частотой 32 Гц, формируемой делением (с помощью делителя 16) на 16 частоты импульсов генератора 15, чем обеспечивается частота переключения резисторов ООС 12, в 16 раз меньшая, чем частота коммутации периферийных фотоприемников 8. Таким образом, при отработке каждого кода с выхода счетчика 17 происходит последовательное подключение всех 16-ти периферийных фотоприемников 8, причем выходной код счетчика 17 изменяется от 0000 до 1111, что соответствует К ус| - мин, и K yci - макс, соответственно.

Согласно формуле (8) диапазон яркостей Bi и BI, при котором происходит срабатывание компаратора 13, определяется как

(1одВ1/В|)3ад иоп/К| K yci -а(11)

Эта формула устанавливает зависимость между выходным кодом счетчика 17 (через коэффициент усиления K yci) и диапазоном яркостей Вт и BI, при котором срабатывает компаратор 13, причем коду 0000 счетчика 17 соответствует максимальный диапазон яркостей (logBi/ВОмакс, коду 1111 - минимальный диапазон яркостей (logBi/ВОмин, а несрабатывание компаратора 13 накладывает ограничение диапазон экспозиции , выраженный через коэффициент передачи KL. Так как в правой части формулы (11) величины Don, KL, а- постоянные, a K yci принимает дискретные значения, то срабатывание компаратора 13 происходит при дискретных значениях диапазона яркостей Bi и Bi. Назовем этот диапазон заданным - (logBi/ВОзад. Тогда каждому выходному коду счетчика 17 соответствует свой заданный диапазон яркостей (logBi/ВОзад на входах операционного усилителя 11, при котором сработает компаратор 13, причем при Вт B t компаратор 13 срабатывает положительным перепадом напряжения на его выходе, а при BI B i - отрицательным перепадом (см. фиг. 6, а, т. 1).

При выполнении указанного условия и срабатывании компаратора 13 напряжение высокого или низкого уровня с его выхода (см. фиг. 6, а, т. 1) поступает на вход 10 счетчика 20 и на вход формирователя 14, который независимо от уровня сигнала на своем входе по его переднему фронту вырабатывает на выходе 4 сигнал низкого уровня, а на выходе 3 - сигнал высокого уровня (см. фиг, 6, а, т. 2-4), Последний, поступая на вход генератора 15, останавливает его работу, прекращая тем самым дальнейшее переключение периферийных фотоприемников 8 и резисторов Ri-Rie в ООС 12.

Поступая на вход 10 реверсивного счетчика 20, сигнал с выхода компаратора 13 изменяет выходной код счетчика 20 скачком на противоположный, после чего счетчик 20 останавливается в связи с отсутствием управляющих сигналов на его счетном входе после остановки генератора 15 при срабатывании компаратора 13.

Скачкообразное изменение выходного кода счетчика 20 вызывает переключение резисторов RI одного аналогового коммутатора в ООС 18 на симметричный ему резистор R(n+i)-; другого аналогового коммутатора в ООС 18. Симметричными являются пары резисторов Ri-Rie, , .... Rs-Rg, которым соответствуют экспозиции в точках, симметричных центральной точке б характеристической кривой в пределах ее линейной части от точки в до точки а (например, пары точек: в-а, в ,-а и т, д., причем паре резисторов Rs-Rg соответствует одна центральная точка б). При этом выходное

напряжение операционного усилителя 19 скачком изменяется до величины, определяемой изменившимся коэффициентом усиления

(n+i)-i/Ro.

Таким образом, так как счетчики 17 и 20, управляемые генератором 15 через делитель 16, работают синхронно, то при срабатывании компаратора 13, каждому интервалу яркостей (logBi/Bi)3aA на входе операционного усилителя 11 соответствует напряжение на выходе операционного усилителя 18, которое связано с положением экспозиции центрального участка объекта на линейной части характеристической кри- вой пленки внутри диапазона от точки а до точки в, причем чем больше величина этого интервала яркостей (1одВ1/В|)зад, тем ближе экспозиция центрального участка располагается к точкам а или в. Например, если (на выходе компаратора 13 при его срабатывании - высокий потенциал), экспозиция центрального участка располагается ближе к точке а, если Bi Bi (на выходе компаратора 13 при его срабатывании - низкий потенциал) экспозиция центрального участка - ближе к точке в. При минималь- ном интервале яркостей между центральным и периферийным участком объекта (Bi с: Bj), что соответствует равно- мерно освещенному объекту, экспозиция центрального участка располагается в точке б, т.е. в центре линейного участка характеристической кривой (см. фиг. 7),

Такой принцип расположения экспо- зиций позволяет максимально точно расположить экспозиции центрального и периферийных участков объекта на характеристической кривой пленки в зависимости от перепада и диапазона яркостей различ- ных участков объекта (Вт и B j).

Крометого, поскольку генератор 15син- хронизирует работу делителя 16 и счетчиков 17 и 20 их выходные коды фиксируются в момент срабатывания компаратора 13, причем напряжение экспозиции Уэксп на выходе операционного усилителя 19, соответствующее точкам а или в на фиг. 8, изменяется согласно формулам (4 и 5) на величину ±ивых-пК1,знак которой определяет направление счета с счетчика 20 (от 0000 до 1000 или от 1111 до 1000) в зависимости от высокого или низкого потенциала на его выходе 10, а величина коррекции зависит от выходного кода счетчика 20 в момент оста- новки его (пх).

Сформированное таким образом напряжение экспозиции Уэксп складывается в блоке 5 ввода чувствительности пленки с напряжением, снимаемым с потенциометра

S и учитывающим чувствительность используемой пленки по формуле (6), и поступает на вход блока 6 управления затвором, где на входе ЦАП 25 в этот момент формируется цифровой код, соответствующий скорректированному напряжению УэкспЈ. Таким образом, коррекция экспозиции центрального участка объекта, осуществленная, на выходе вычислительного устройства 4, в момент срабатывания компаратора 13 держится на входе ЦАП 25 блока 6 управления затвором.

Поступивший в момент срабатывания компаратора 13 с выхода блока 3 анализа и оценки данных (с выхода 4 микросхемы К 176ЛЕ5 формирователя 14} низкий потенциал проходит на вход блока 6 управления затвором (на объединенные входы 2,5 логического элемента 31). При этом на выходе 3 логического элемента 31 образуется высокий потенциал, который, воздействуя на транзисторный ключ Т2, останавливает работу генератора 23, чем фиксируется выходной код счетчика 24, обеспечивая запоминание напряжения1 экспозиции иэкспЈ на входе ЦАП 25 на время поднятия зеркала затвора, которое перекрывает в поднятом состоянии световой поток от объекта к матричному фотоприемнику 1 (см. фиг. 6, б). Низкий потенциал, поступивший на вход 5 логического элемента 31 переводит устройство в режим СПУСК. На выходе 4 логического элемента 31 также образуется высокий потенциал, который, воздействуя на транзисторный ключ Т4, приводит к срабатыванию импульсного магнита 32. При этом через последний проходит ток от заря- женного до уровня напряжения питания (+ипит) конденсатора С5 через открытый транзистор Т4. При срабатывании транзистора электромагнита 32 открывается первая шторка затвора, поднимается зеркало и начинается отработка экспозиции. Механически связанный с механизмом подъема зеркала (на чертежах не показан) ключ К1 размыкается, начиная заряд конденсатора С6 через резистор R 9 от стабилизированного напряжения Устаб. Через время, определяемое интегрирующей цепочкой R 9, С6, уровень напряжения на инвертирующем входе компаратора 27 достигнет уровня опорного напряжения, снимаемого с резистора R 10, который оределяется значением зафиксированного в момент срабатывания компаратора 13 цифрового кода Уэксп на входах ЦАП 25, управляемого операционным усилителем 26, что приводит к срабатыванию компаратора 27 с формированием на его выходе низкого потенциала.

Поскольку напряжение экспозиции иэкспЈ определяет пороговое напряжение

компаратора 27, время его срабатывания тэфф, начинающееся с момента размыкания ключа К1, пропорционально напряжению иэкспЈ. Таким образом, через время Тэфф. пропорциональное скорректированному ранее напряжению, срабатывает компаратор 27 и обесточивается электромагнит 28. Вторая щторка затвора закрывается. Время экспозиции при этом завершается. Формула изобретения Устройство для автоматического выбора экспозиции в эндоскопии, содержащее блок анализа и оценки данных и последовательно соединенные матричный фотоприемник с периферийными фо- топриемниками, логарифмический усилитель и вычислительное устройство, а также последовательно соединенные блок

ввода чувствительности пленки и блок управления затвором, отличающееся тем, что, с целью улучшения качества изображения за счет повышения верности цветовоспроизведения, оно снабжено коммутатором, включенным между выходами периферийных фотоприемников матричного фотоприемника и первым входом блока анализа и оценки данных, второй вход которого подключен к выходу логарифмического усилителя, первый и четвертый выходы соединены с вторым и третьим входами вычислительного устройства, соответственно второй выход - с вторым входом блока управления затвором, а третий выход - с вторым входом коммутатора, причем выход вычислительного устройства подключен к входу блока ввода чувствительности пленки.

ел ел

ел о

Со 3)21 ЪУПЬЩЮЩО

и

«

9/i/1

.-1

-- |ш

;

9шяд1Шппй онлдохдоэн (/ошох (нпЪлеоиэж дохшэяяЯ РН/ЭН&Н/ ЭМНЧУОНЛНЛН

ЯНиЈ

#аннэл(/1/ош9дз

ошхэъдо огохээьпиохэодне

№НЭ(/С tfl/OU VftllHV(f/

9SUCZ.1

2пф

I Й/1

Ю1

II

) /у

/W6..U |

W W

ц-1

Г2Л

-

I

ц

g:

П

s

NJ

Фиг. 6

ВзаяВл. решениипрототип

Фиг.8

Составитель М. Хаустов Редактор М. Стрельникова Техред М.МоргенталКорректор М. Максимишинец

Заказ 1524ТиражПодписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

ALna ЩО 0,0 LgH(H,/iK-c)

0,6 0.8 101 1см(лог.ед)